Prečo sú moderné počítače oveľa lepšie ako staré? Jedno z vysvetlení sa týka obrovského počtu pokrokov, ku ktorým došlo v oblasti mikroprocesorového výkonu za posledných niekoľko desaťročí. Zhruba každých 18 mesiacov sa počet tranzistorov, ktoré je možné vtesnať do integrovaného obvodu, zdvojnásobí.
Tento trend bol prvýkrát zaznamenaný v roku 1965 spoluzakladateľom spoločnosti Intel Gordonom Moorom a je všeobecne označovaný ako „Moorov zákon.“ Výsledky posunuli technológiu vpred a premenili ju na biliónový priemysel, v ktorom nepredstaviteľne výkonné čipy nájdete vo všetkom od domácich počítačov cez autonómne autá až po inteligentnú domácnosť zariadení.
Odporúčané videá
Ale Moorov zákon možno nebude môcť pokračovať donekonečna. Odvetvie špičkových technológií by mohlo milovať svoje reči o exponenciálnom raste a digitálne riadenom „konci“. nedostatok“, ale existujú fyzické obmedzenia schopnosti neustáleho zmenšovania veľkosti komponentov čip.
Čo je Moorov zákon?
Moorov zákon je pozorovanie, ktoré v roku 1965 urobil spoluzakladateľ spoločnosti Intel Gordon Moore. Uvádza sa v ňom, že zhruba každých 18 mesiacov sa počet tranzistorov, ktoré je možné vtlačiť do integrovaného obvodu, zdvojnásobí.
Už teraz sú miliardy tranzistorov na najnovších čipoch pre ľudské oko neviditeľné. Ak by mal Moorov zákon pokračovať do roku 2050, inžinieri budú musieť postaviť tranzistory z komponentov, ktoré sú menšie ako jeden atóm vodíka. Pre spoločnosti je tiež čoraz drahšie držať krok. Výstavba závodov na výrobu nových čipov stojí miliardy.
V dôsledku týchto faktorov mnohí ľudia predpovedajú, že Mooreov zákon pominie niekedy začiatkom roku 2020, keď čipy obsahujú komponenty, ktoré sú od seba vzdialené len približne 5 nanometrov. Čo sa stane potom? Zastavuje sa technologický pokrok, akoby sme dnes uviazli na rovnakom počítači so systémom Windows 95, aký sme vlastnili pred niekoľkými desaťročiami?
Nie naozaj. Tu je sedem dôvodov, prečo koniec Moorovho zákona nebude znamenať koniec výpočtového pokroku, ako ho poznáme.
Moorov zákon neskončí „len tak“
Predstavte si katastrofu, ktorá by nás postihla, keby zajtra prestal fungovať termodynamický zákon alebo tri Newtonove zákony pohybu. Moorov zákon, napriek svojmu názvu, nie je univerzálnym zákonom tohto druhu. Namiesto toho je to pozorovateľný trend, ako je skutočnosť, že Michael Bay má tendenciu vydať nový Transformátory film v lete — okrem, viete, dobrý.
Dva čipy Intel 8080 zo 70. rokov (vľavo hore), Intel 486 a Pentium z rokov 1989 a 1992 (vpravo hore), dvojjadrový procesor Xeon 5100 z roku 2006 a i7 8. generácie z roku 2017.
Prečo to uvádzame? Pretože Moorov zákon neskončí len tak, ako keď niekto vypne gravitáciu. Len preto, že už nemáme zdvojnásobenie tranzistorov na čipe každých 18 mesiacov, neznamená, že pokrok sa úplne zastaví. Znamená to len, že rýchlosť vylepšení bude o niečo nižšia.
Predstavte si to ako olej. Dostali sme ľahko dostupné veci na povrch, teraz musíme použiť technológie, ako je frakovanie, aby sme získali prístup k ťažšie dostupným zdrojom.
Lepšie algoritmy a softvér
Spomeňte si na tie hviezdy NFL alebo NBA, ktoré zarábajú toľko peňazí, že sa nemusia starať o to, aby ich existujúce úspory vydržali dlhšie. Je to trochu chaotická, ale stále relevantná metafora vzťahu medzi Moorovým zákonom a softvérom.
Vyžmýkanie väčšieho výkonu z rovnakých čipov sa stane oveľa vyššou prioritou.
Aj keď je tam krásne nakódovaný softvér, veľa času sa programátori nemuseli príliš starať o zefektívnenie ich kód, aby bol rok čo rok menej pomalý, pretože vedia, že na budúci rok ho budú môcť spustiť počítačové procesory lepšie. Ak však Moorov zákon už nedosahuje rovnaké pokroky, na tento prístup sa už nedá spoliehať.
Vytlačenie väčšieho výkonu softvéru z rovnakých čipov sa preto stane oveľa vyššou prioritou. Pre rýchlosť a efektivitu to znamená vytváranie lepších algoritmov. Okrem rýchlosti to bude, dúfajme, znamenať elegantnejší softvér s veľkým zameraním na používateľskú skúsenosť, vzhľad a dojem a kvalitu.
Aj keby sa mal Moorov zákon zajtra skončiť, optimalizácia dnešného softvéru by stále poskytovala roky, ak nie desaťročia rastu – dokonca aj bez vylepšení hardvéru.
Špecializovanejšie čipy
Jedným zo spôsobov, ako môžu dizajnéri čipov prekonať spomalenie pokroku v oblasti čipov na všeobecné použitie, je namiesto toho vyrábať stále viac špecializovaných procesorov. Jednotky grafického spracovania (GPU) sú len jedným príkladom. Vlastné špecializované procesory môžu byť tiež použité pre neurálne siete, počítačové videnie pre samoriadiace autá, rozpoznávanie hlasua zariadenia internetu vecí.
Keď sa Mooreov zákon spomaľuje, výrobcovia čipov zvýšia výrobu špecializovaných čipov. Napríklad GPU sú už hnacou silou počítačového videnia v autonómnych autách a sieťach s infraštruktúrou.
Tieto špeciálne konštrukcie sa môžu pochváliť radom vylepšení, ako je napríklad vyššia úroveň výkonu na watt. Spoločnosti, ktoré využívajú tento zákazkový vlak, zahŕňajú lídra na trhu Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM a ďalšie.
Rovnako ako lepšie programovanie, spomalenie pokroku vo výrobe núti dizajnérov čipov, aby boli premyslenejší, pokiaľ ide o vymýšľanie nových architektonických objavov.
Už to nie je len o čipsoch
Mooreov zákon sa zrodil v polovici šesťdesiatych rokov, štvrťstoročie predtým, ako počítačový vedec Tim Berners-Lee vynašiel World Wide Web. Zatiaľ čo teória je odvtedy pravdivá, vo veku pripojených zariadení je tiež menej potrebné spoliehať sa na lokalizované spracovanie. Iste, veľa funkcií na vašom PC, tablete, príp smartfón sú spracované na samotnom zariadení, ale stále väčší počet nie.
S cloud computingom možno veľa ťažkých nákladov vykonávať inde.
Cloud computing znamená, že veľa ťažkej práce pri veľkých výpočtových problémoch možno vykonávať inde vo veľkom dátové centrá využívajúce masívne paralelné systémy, ktoré využívajú mnohonásobne viac tranzistorov v bežnom jedinom počítač. To platí najmä pre A.I. náročných úloh, ako sú napríklad inteligentní asistenti, ktorých používame na našich zariadeniach.
Tým, že toto spracovanie vykonáte inde a odpoveď bude doručená späť na váš lokálny počítač, keď bude vypočítané, stroje môžu byť exponenciálne inteligentnejšie bez toho, aby museli meniť svoje procesory každých 18 mesiacov alebo tak.
Nové materiály a konfigurácie
Silicon Valley získalo svoje meno z nejakého dôvodu, ale výskumníci sú zaneprázdnení skúmaním budúcich čipov, ktoré by mohli byť vyrobené z iných materiálov ako kremík.
Napríklad Intel robí úžasnú prácu s tranzistormi, ktoré sú zabudované v 3D namiesto položenia naplocho experimentujte s rôznymi spôsobmi, ako zabaliť tranzistory do obvodu doska. Iné materiály, ako napríklad materiály založené na prvkoch z tretieho a piateho stĺpca periodickej tabuľky, by mohli prevziať kremík, pretože sú lepšími vodičmi.
Momentálne nie je jasné, či tieto látky budú škálovateľné alebo cenovo dostupné, ale vzhľadom na kombinovanú odbornosť to najlepšie z technologického priemyslu – a stimul, ktorý s tým pôjde – ďalší polovodičový materiál by mohol byť vonku čakanie.
Kvantové počítanie
Kvantové počítanie je pravdepodobne najviac „tam vonku“ nápad v tomto zozname. Je to tiež druhé najzaujímavejšie. Kvantové počítače sú v súčasnosti experimentálnou a veľmi drahou technológiou. Sú to iné zviera ako binárne digitálne elektronické počítače, ktoré poznáme a ktoré sú založené na tranzistoroch.
Namiesto kódovania údajov do bitov, ktoré sú buď 0 alebo 1, sa kvantové výpočty zaoberajú kvantovými bitmi, ktoré môžu byť 0, 1 a súčasne 0 aj 1. Skrátka? Tieto superpozície by mohli urobiť kvantové počítače oveľa rýchlejšie a efektívnejšie ako v súčasnosti existujúce bežné počítače.
Výroba kvantových počítačov so sebou nesie množstvo výziev (na jednu vec ich treba udržiavať neuveriteľne chladné). Ak však inžinieri dokážu vyriešiť tento problém, možno budeme schopní spustiť obrovský pokrok takým tempom, že by sa Gordonovi Mooreovi zatočila hlava.
Veci, na ktoré zatiaľ nemôžeme myslieť
Len veľmi málo ľudí by predpovedalo smartfóny už v osemdesiatych rokoch minulého storočia. Myšlienka, že Google by sa stal gigantom, akým je, alebo že by ním bola webová stránka elektronického obchodu ako Amazon na dobrej ceste stať sa prvou spoločnosťou v hodnote 1 bilióna dolárov Na začiatku 90. rokov by to znelo šialene.
Ide o to, že pokiaľ ide o budúcnosť výpočtovej techniky, nebudeme tvrdiť, že presne vieme, čo je za rohom. Áno, práve teraz kvantové výpočty vyzerajú ako veľká dlhodobá počítačová nádej po Moorovom zákone, ale je pravdepodobné, že o niekoľko desaťročí budú počítače vyzerať úplne inak ako tie, ktoré používame dnes.
Či už ide o nové konfigurácie strojov, čipy vyrobené z úplne nových materiálov alebo nové typy subatomárneho výskumu, ktoré otvárajú s novými spôsobmi balenia tranzistorov na čipy, veríme, že budúcnosť výpočtovej techniky – so všetkou vynaliezavosťou, ktorú zahŕňa – bude A-dobre.
Odporúčania redaktorov
- Nová kardiológia A.I. vie, či čoskoro zomrieš. Lekári nevedia vysvetliť, ako to funguje
